特許 7491824 レーザ溶接支援システム、レーザ溶接支援方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】レーザ溶接支援システム、レーザ溶接支援方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20240521BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 L

B23K26/00 M

B23K26/00 N

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020204115

(22)【出願日】2020-12-09

(65)【公開番号】P2022091332

(43)【公開日】2022-06-21

【審査請求日】2023-05-17

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】佐野 靖

(72)【発明者】

【氏名】國友 謙一郎

(72)【発明者】

【氏名】大内 尚

(72)【発明者】

【氏名】岡田 真

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２０５１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１９１５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１８５００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ２３Ｋ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際のレーザ溶接支援システムであって、
構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件を入力する入力器と、
演算装置と、
表示器と、を備え、
前記演算装置は、
構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、
予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、
前記表示器は、前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、
ことを特徴とするレーザ溶接支援システム。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記演算装置は、
前記構成物の設計図面から素材と溶接部材を溶接した溶接部の断面情報を抽出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の断面二次モーメントを算出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物のヤング率および線膨張係数を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援システム。

【請求項3】

請求項２に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記演算装置は、更に、
前記変形量、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、前記構成物の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する処理と、
入力器で入力された許容変形量と前記変形量との差分と、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、変形の修正に必要な修正荷重を算出する処理と、
前記曲がりプロファイルに基づいて、変形の修正位置を推定する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援システム。

【請求項4】

請求項２に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記入力器は、溶接条件として前記溶接部材の積層回数を入力し、
前記演算装置は、
前記断面二次モーメントを算出する処理と、前記ヤング率および線膨張係数を算出する処理と、前記変形量を算出する処理とを、前記素材に前記溶接部材の各層を付着した構成物について繰り返すことを特徴とするレーザ溶接支援システム。

【請求項5】

請求項３に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
レーザパワーと送り速度の組み合わせの情報が格納されたデータベースを備え、
前記演算装置は、
溶接部材に対応した複数のレーザパワーと送り速度の組み合わせに基づいて、複数の入熱量を算出する処理と、
前記算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
前記算出した変形量が、入力器で入力された許容変形量と同等か、もしくは下回る入熱量の条件を推奨レーザパワー、推奨送り速度として選定する処理と、
を行い、
前記表示器は、前記推奨レーザパワーおよび前記推奨送り速度を表示することを特徴とするレーザ溶接支援システム。

【請求項6】

請求項１に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記入力器および前記表示器は、システムＧＵＩであることを特徴とするレーザ溶接支援システム。

【請求項7】

請求項１に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記棒状素材は、長尺円柱部材または長尺角柱部材であり、
前記構成物は、前記棒状素材の表面の一部に耐摩耗材料である溶接部材をレーザ溶接するものであるレーザ溶接支援システム。

【請求項8】

棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際のレーザ溶接支援方法であって、
演算装置が、
構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、
予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、
表示器が、前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、
ことを特徴とするレーザ溶接支援方法。

【請求項9】

請求項８に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、
前記構成物の設計図面から素材と溶接部材を溶接した溶接部の断面情報を抽出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の断面二次モーメントを算出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物のヤング率および線膨張係数を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援方法。

【請求項10】

請求項９に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、更に、
前記変形量、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、前記構成物の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する処理と、
入力器で入力された許容変形量と前記変形量との差分と、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、変形の修正に必要な修正荷重を算出する処理と、
前記曲がりプロファイルに基づいて、変形の修正位置を推定する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援方法。

【請求項11】

請求項９に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、
前記断面二次モーメントを算出する処理と、前記ヤング率および線膨張係数を算出する処理と、前記変形量を算出する処理とを、入力された前記溶接部材の積層回数ほど、前記素材に前記溶接部材の各層を付着した構成物について繰り返すことを特徴とするレーザ溶接支援方法。

【請求項12】

請求項１０に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、
レーザパワーと送り速度の組み合わせの情報が格納されたデータベースから、溶接部材に対応した複数のレーザパワーと送り速度の組み合わせを読み出し、複数の入熱量を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
前記変形量が、入力器で入力された許容変形量と同等か、もしくは下回る入熱量の条件を推奨レーザパワー、推奨送り速度として選定する処理と、
を行い、
前記表示器が、前記推奨レーザパワーおよび前記推奨送り速度を表示することを特徴とするレーザ溶接支援方法。

【請求項13】

コンピュータに、棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際の支援を行わせるプログラムであって、
ユーザが入力した、構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、
予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、
前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、
ことを実行させるプログラム。

【請求項14】

請求項１３に記載のプログラムにおいて、
前記構成物の設計図面から素材と溶接部材を溶接した溶接部の断面情報を抽出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の断面二次モーメントを算出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物のヤング率および線膨張係数を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
を実行させるプログラム。

【請求項15】

請求項１４に記載のプログラムにおいて、更に、
前記変形量、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、前記構成物の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する処理と、
入力器で入力された許容変形量と前記変形量との差分と、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、変形の修正に必要な修正荷重を算出する処理と、
前記曲がりプロファイルに基づいて、変形の修正位置を推定する処理と、
前記修正荷重および前記修正位置を表示する処理と、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光および粉末金属等の溶接部材を用いた溶接時のレーザ溶接支援技術に関する。

【背景技術】

【0002】

部材に熱を加えて溶接すると、加工後の部材に変形を生じる。そのため、予め溶接によって生じる変形を推定し、溶接前に溶接変形と逆方向の変位または歪みを与えて溶接変形を相殺することなどが、考えられている。

【0003】

特開２０１１－１０１９００号公報（特許文献１）には、「部材に付与する逆ひずみの量を変化させて、溶接を行う前の部材の形状から溶接を行った後の部材の形状への変形量を求める準備工程と、前記準備工程で求められた変形量から、逆ひずみを付与したときに生じる固有ひずみを算出する算出工程と、前記付与した逆ひずみと前記算出された固有ひずみとの関係を示す情報をデータベースに記憶する記憶工程と、前記データベースに記憶された逆ひずみと固有ひずみとの関係を示す情報に基づいて、逆ひずみに対応する溶接部の固有ひずみを抽出する抽出工程と、前記抽出工程で抽出された固有ひずみを用いて溶接による変形情報を生成する生成工程とを含むことを特徴とする変形推定方法。」との記載がある（特許請求の範囲、請求項１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１０１９００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

直径がΦ１０～Φ５０ｍｍ程度で、且つ長さが１００ｍｍを超えるような、所謂長尺細径の棒状素材の外周面に耐摩耗層を後付けする部品において、耐摩耗層を溶接などで形成する場合、溶接時の熱収縮などで、棒状素材が変形する。変形の修正には多くの工数を要する。変形の残る溶接後の棒状部品に対して、塑性変形を与えて修正を行うが、変形量が判明していない状態では、部品によっては過度な変形が与えられ、部品に不要な応力が発生して、応力残留部を起点に部品に損傷が発生するといった課題がある。

【0006】

特許文献１記載の発明は、板状部材、例えば試験用小片板に付与する逆ひずみの量を変化させて、溶接を行う前の部材の形状から溶接を行った後の部材の形状の変形量を求め、求めた変形量から、逆ひずみを付与したときに生じる固有ひずみを算出してデータベースに記録する。記録された逆ひずみと固有ひずみとの関係を示す情報に基づいて、逆ひずみに対応する溶接部の固有ひずみを用いて溶接による変形情報（変形量）を生成する方法に関するものである。この方法を用いて、溶接後に変形、特に横曲がりが無いものを製造するため、逆ひずみ、つまり曲げ量を教示することも可能としている。

【0007】

特許文献１記載の発明は、主に板状部材の突合せ溶接を対象としている。仮に特許文献１記載の方法を用いて、前述の長尺細径の棒状部材への溶接時の変形を抑制するために、逆ひずみを与えたとすると、変形している棒状部材への溶接を行うこととなり、溶接を行う際の軌跡が特殊なものとなる。溶接を、例えばＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動する機構を持ち、各軸の動作をコンピュータ数値制御（ＣＮＣ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒｒｉｚｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置で制御する自動溶接装置で行う場合には、軌跡の特殊性から、溶接困難箇所が生じるなどの問題が発生する場合がある。

【0008】

本発明の目的は、棒状素材に耐摩耗部等の溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際に、溶接後の変形量を簡易な計算により予測し、且つ個別の変形状態に見合った変形修正方案を提案するレーザ溶接支援システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題に対して、本発明は、溶接時の形状・物性変化をよく反映する入力情報として選定した、素材・溶接部材情報、溶接条件、構成物の設計図面を入力して、溶接後の変形量を簡易な計算により予測することで、溶接後の構成物の変形を精度良く予測し、その結果を用いた修正方案の提案を行う。

【0010】

本発明の「レーザ溶接支援システム」の一例を挙げるならば、
棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際のレーザ溶接支援システムであって、
構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件を入力する入力器と、演算装置と、表示器と、を備え、
前記演算装置は、構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、前記表示器は、前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、ことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、棒状素材へ溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際に、簡易な計算を実施することで、溶接後の素材の変形量を精度よく予測することができる。また、溶接される棒状部品毎に溶接した棒状部材の変形量を予測し、その変形量に応じた適正な修正荷重や修正位置を提案することにより、製造の工数削減や、製品に内在する損傷要因を抑制することができる。

【0012】

上記以外の課題、構成および効果等は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１のレーザ溶接支援システムの一例を示す図である。

【図2】実施例１のシステムＧＵＩの項目入力器や、出力表示器の詳細な説明図である。

【図3】実施例１のレーザ溶接支援システムの変形量予測の処理手順を示すフローチャートである。

【図4】図３で算出された変形量から、変形修正を行う際の修正荷重や修正位置の提案値を算出する処理手順を示すフローチャートである。

【図5】データベース（ＤＢ）のテーブル内容を示す図である。

【図6】本発明のレーザ溶接支援システムのハードウエア構成を示す図である。

【図7】実施例１のレーザ溶接支援システムを用いて、変形量予測を実証した際に用いた素材と、溶接部の概略図である。

【図8】実施例１のシステムＧＵＩの入力および表示の一例を示す図である。

【図9】構成物の長さ方向の曲がりプロファイルの一例を示す図である。

【図10】レーザ溶接を行った際の、素材の変形量の実験値と、実施例１のレーザ溶接の変形量予測方法を用いて予測した各積層回数ごとの変形量を示すグラフである。

【図11】実施例２のレーザ溶接支援システムの、システムＧＵＩの項目入力器や、出力表示器の詳細な説明図である。

【図12】実施例２のレーザ溶接支援システムの変形量予測の処理手順を示すフローチャートである。

【図13】図１２で算出された変形量から、推奨レーザパワーや推奨送り速度を提案する処理手順を示すフローチャートである。

【図14】データベース（ＤＢ２）のテーブル内容を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は本発明を実施する一例であり、これに限定されるものではない。

【実施例1】

【0015】

図１は、本発明の実施例１のレーザ溶接支援システムの一例を示す図である。実施例１のレーザ溶接支援システムは、グラフィック・ユーザー・インターフェース（システムＧＵＩ）１と、演算装置２と、データベース（ＤＢ）３から構成されている。グラフィック・ユーザー・インターフェース（システムＧＵＩ）１は、項目入力器と出力表示器を備え、ユーザからの入力を受け付けたり、演算された結果をユーザに表示する機能を備えている。演算装置２は、主にレーザ溶接後の変形量の予測のための演算や、変形修正量の演算を行う。データベース（ＤＢ）３は、ユーザが入力した、例えば素材情報に関連した、素材の物性値などを記録しておく。

【0016】

図２は、システムＧＵＩ１の項目入力器や、出力表示器の詳細な説明図である。システムＧＵＩ１上の素材情報入力器４では、素材の材料名の入力を受け付ける。材料名は予め準備された材料名をリスト上に表示し選択しても良いし、ユーザがリストに無い材料を直接入力しても良い。
溶接部材入力器５では、溶接される材料名の入力を受け付ける。この溶接材料名の入力も素材の材料名の入力と同様に、予め準備されたリストから選択するか、ユーザの直接入力で入力することができる。
溶接する際の溶接条件として、レーザパワー入力器６、送り速度入力器７、積層回数入力器８からそれぞれ入力する。積層回数は、溶接部が一度の溶接で形成できない場合、複数回に分けて積層して溶接する際の回数を入力するものである。
ユーザが形成したい製品等のＣＡＤ図面ファイルのファイルパスの入力を、ＣＡＤ図面入力器９で受け付ける。受け付けるＣＡＤ図面（構成物の設計図面）では、図面作成時に予め素材と、溶接部の指定を行う。指定方法は例えば、２次元ＣＡＤ図面で用いられる各レイヤーを素材と溶接部で分けておくなどで指定する。ＣＡＤ図面の受け付け時には、図示しない、素材と溶接部のレイヤーの紐付けを設定するウィンドウ画面が表示され、入力する。受け付けられたＣＡＤ図面の内容はＣＡＤ図面表示器１０に表示される。
本実施例のレーザ溶接の変形量予測により算出された変形量が、変形量表示器１１に表示される。
製品等のレーザ溶接が完了した際に許容可能な許容変形量は、許容変形量入力器１２に入力する。
本実施例のレーザ溶接の変形量予測で算出された変形を修正する際に用いる修正荷重と修正位置は、それぞれ、修正荷重表示器１３、修正位置表示器１４に表示される。

【0017】

図３は、本実施例のレーザ溶接の変形量予測の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、図１の演算装置２が行う。

【0018】

処理１５（断面情報抽出処理）では、ＣＡＤ図面入力器９で入力されたＣＡＤ図面（構成物の設計図面）から、素材と溶接部のそれぞれの断面情報を抽出する。断面情報は主に、素材が長尺細径丸棒である場合には丸棒の直径と、長尺角柱である場合には角柱断面の縦（高さ）、横（幅）寸法である。

【0019】

次に処理１６（積層回数・ループ回数入力処理）で、システムＧＵＩ１の積層回数入力器８で入力された積層回数をＮの変数に格納し、同時にループ回数を格納する変数ｎを定義する。変数ｎの初期値は０である。

【0020】

処理１７（断面二次モーメント算出処理）では、処理１５で入力された溶接部の断面情報と処理１６で入力された積層回数Ｎから、溶接部を１／Ｎごとの厚みに分割した断面情報を作成する。そして、まず、素材と、溶接部を１／Ｎ化したものを結合した形状について断面二次モーメントを算出する。断面二次モーメントは溶接が複数回で積層される場合には、順次変化する断面形状に対応して算出を行う。

【0021】

処理１８（ヤング率・線膨張係数算出処理）では、素材と、溶接部を１／Ｎ化したものを結合した形状でのヤング率と線膨張係数を算出する。算出の際、素材と溶接部の材料毎のヤング率と線膨張係数は、予め準備したデータベースＤＢ１９を参照して取得する。図５にデータベースＤＢ１９の一例を示す。図５の例では、各材料に対応する密度、ヤング率、熱膨張係数、比熱の数値を格納している。本発明の対象とする素材に溶接部材を溶接により結合した材料のヤング率の計算については、式（１）を用いて計算する。同様に、素材に溶接部材を溶接により結合した材料の線膨張係数については、式（２）を用いて計算する。

【0022】

【数1】

【0023】

【数2】

【0024】

式（１）のＥはヤング率である。ｔは結合した材料（素材と溶接部材）のそれぞれの厚み、即ち断面情報の高さである。溶接が複数回で積層される場合には、順次、ヤング率に厚みを乗算したものを加算し、それを厚みを加算したもので除することで順次変化するヤング率を算出する。
式（２）のαは線膨張係数である。ａは結合した材料（素材と溶接部材）のそれぞれ厚みの割合を示すものである。例えば、１の材料が素材で、その厚みが３０ｍｍ、２の材料が溶接部材でその厚みが１ｍｍとした場合、ａ１が０．９７でａ２が０．０３として計算を行う。

【0025】

処理２０（たわみ（変形量）算出処理）では、素材と、溶接部を１／Ｎ化したものを結合した形状でのたわみ即ち変形量を算出する。変形量は式（３）の片持ち梁のたわみ量計算式を用いて算出する。
式（３）のＷは熱収縮応力で、これは式（４）に示す、線膨張係数αと、温度差△Ｔとヤング率Ｅ、素材と溶接部を１／Ｎ化したものを結合した形状の断面積Ａから算出される。その他、式（３）のＬは素材の長さ、式（３）のＥはヤング率、Ｉは断面二次モーメントのそれぞれの値を適用して、たわみを求め、そのたわみを変形量とする。

【0026】

【数3】

【0027】

【数4】

【0028】

【数5】

【0029】

式（４）の熱収縮応力の算出には、入熱量を用いる。入熱量は処理２２（入熱量算出処理）で算出し、システムＧＵＩ１のレーザパワー入力器６と送り速度入力器７で入力された値を用いて、レーザパワーを送り速度で除することで算出され、その入熱量から、温度変化を温度差として入力して算出する。式（４）で用いる、温度差の算出には式（５）を用いる。入熱量Ｑを材料の比熱Ｃで除することで算出する。

【0030】

次に処理２１では、ループ回数ｎに１を加算する。次いで処理２３にてループ回数ｎと、積層回数Ｎと比較して、ループ回数ｎが積層回数Ｎを下回っている、即ち処理２３の判定がＮＯの場合は、算出が終了した素材と結合された溶接部の情報を次のループの素材情報（断面二次モーメント、ヤング率、線膨張係数）として、処理１７～処理２０を順次行う。

【0031】

処理２３にてループ回数ｎと積層回数Ｎの数が同じか、ループ回数ｎが積層回数Ｎを上回った場合、即ち処理２３の判定がＹＥＳとなった場合にはループ処理を終了して次の処理に移る。

【0032】

図４は、本実施例において、図３で算出された変形量から、変形修正を行う際の修正荷重や修正位置の提案値を算出する処理手順を示すフローチャートである。この処理は、図１の演算装置２が行う。
まず、処理２４（曲がりプロファイル取得処理）では、図３の処理手順により算出されたたわみ量（変形量）、断面二次モーメント、ヤング率から、素材の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する。
処理２５（許容変形量取得処理）では、システムＧＵＩ１の許容変形量入力器１２に入力された、許容変形量を取得する。
処理２６（修正荷重算出処理）では、式（３）を、熱収縮応力を出力変数として変形した式に、変形量と許容変形量の差分と、断面二次モーメント、ヤング率を入力して、変形の修正に必要な修正荷重を算出する。
処理２７（修正位置推定処理）では、処理２５で求めた曲がりプロファイルの内、変形量が最大となる座標を求め、変形の修正位置を推定する。
処理２８(提案値出力処理)では、図４の処理手順で算出した修正荷重と修正位置を、システムＧＵＩ１のそれぞれの表示箇所に表示する。

【0033】

図６に、本発明を実現するハードウエア構成について示す。図は、本発明をコンピュータ上に構成した例である。プロセッサ１０１は、バス１１０を介して外部記憶装置１０３から処理プログラム１０４をメモリ１０２に読み込み、実行する。また、必要なデータをデータベース（ＤＢ）３から取り込む。プロセッサの一例としては、ＣＰＵやＧＰＵが考えられるが、所定の処理を実行する主体であれば他の半導体デバイスでもよい。素材情報等の情報を入力器１０６から入力し、処理結果を表示器１０７で表示する。外部とのやり取りは通信部１０８を介して行う。

【0034】

図１との対応は、入力器１０６と出力器１０７が、図１のシステムＧＵＩ１に対応し、プロセッサ１０１、メモリ１０２および外部記憶装置１０３のプログラム１０４が、図１の演算装置に対応し、外部記憶装置のＤＢ３が図１のデータベース３に対応している。

【0035】

上記は本発明をコンピュータ上に構築した例であるが、クラウド上に構築し、クラウドサーバで処理してもよい。プログラム１０４やデータベース（ＤＢ）３はクラウド上に記憶してもよい。システムＧＵＩはタブレットや入出力用の計算機で構成し、演算装置はクラウド上に構成してもよい。

【0036】

図７に、これまで説明してきた本実施例のレーザ溶接支援システムを用いて、実際に変形量予測を実証した際に用いた素材と、溶接部の概略図を示す。本実施例では素材２９として、厚み３０ｍｍ×幅３０ｍｍ×長さ２５０ｍｍのステンレスＳＵＳ３１６Ｌ材を用いた。溶接部３０の材料はステライト＃６材を用いた。溶接は、素材２９の先端から２０ｍｍの位置から８０ｍｍの長さで、溶接を行った。溶接は素材の幅３０ｍｍの方向に順次溶接位置を変えながら行った。即ち本溶接方法で形成される溶接部は８０ｍｍ×３０ｍｍの大きさとなる。溶接の１層あたりの高さは１．２ｍｍで、本実施例では積層回数を４回とした。したがって溶接部の高さは１．２ｍｍ×４回の４．８ｍｍである。本実施例の溶接部の積層条件はレーザパワーが１５００Ｗ、送り速度が５００ｍｍ／分とした。この条件による入熱量は１．８ｋＪ／ｃｍとなる。

【0037】

図８に、図７に示す素材に溶接部をレーザ溶接した例について、システムＧＵＩ１の入力および出力表示を示す。また、図９に、取得した曲がりプロファイルのグラフを示す。曲がりプロファイルは、素材端部からの距離に応じた変形量を示している。

【0038】

図８において、算出した予測変形量は０．６２ｍｍであり、提案する修正荷重は７７６Ｎ、修正位置は２１０ｍｍである。修正位置は、図９の曲がりプロファイルにおいて、曲率最大位置を算出して求めた。修正荷重は、変形量と許容変形量の差分にヤング率、断面二次モーメントを乗算して、図９で表す曲率をもって変形している部分の長さ（本実施例では１００ｍｍと設定）を３乗した値で除した値である。

【0039】

図１０に、上記の素材、溶接部材とレーザ溶接条件を用いてレーザ溶接を行った際の、素材の変形量の実験値と、本実施例のレーザ溶接支援システムを用いて予測した積層回数ごとの変形量を示す。変形量は、図７に示す素材２９の先端から１０ｍｍの位置のＺ方向の変位を計測した。図１０のグラフ中のマーカ○で示したものが実験値であり、マーカ□で示したものが本実施例で予測した結果である。このグラフから分かるように、本実施例のレーザ溶接の変形量予測は、実験値をよく予測できていることが分かる。

【0040】

本実施例によれば、レーザ溶接時の素材の変形量が予測可能となり、図４で出力した変形修正荷重や修正位置をユーザに教示することで、適正な変形修正を行うことができる。これにより、変形の残る溶接後の棒状部品に対して、適正な塑性変形を与えることができるので、部品に不要な応力が発生することなく、健全な部品製造が可能となる。

【実施例2】

【0041】

図１１は、本発明の実施例２のレーザ溶接支援システムの、システムＧＵＩの項目入力器や、出力表示器の詳細な説明図である。システムＧＵＩ上の素材情報入力器４、溶接部材入力器５、レーザパワー入力器６、送り速度入力器７、積層回数入力器８、ＣＡＤ図面入力器９、ＣＡＤ図面表示器１０、許容変形量入力器１２の各機能は、実施例１に示すシステムＧＵＩ１と同機能を有する。図１１の推奨レーザパワー表示器３１、推奨送り速度表示器３２はそれぞれ、本発明のレーザ溶接の変形量予測方法を用いて、許容変形量を満足する入熱量を算出し、その入熱量を実現する推奨条件を表示するものである。

【0042】

図１２は、本実施例のレーザ溶接の変形量予測の処理手順を示すフローチャートである。処理４１から処理４５までと処理４９、５０は、実施例１で説明した図３のフローチャートの処理１から１９までと処理２１、２３と同じ処理を行う。処理４６では、実施例１の処理２０と同様に、素材と、溶接部を１／Ｎ化したものを結合した形状でのたわみ即ち変形量を算出する。但し、処理４６（たわみ（変形量）算出処理）では式（４）に示す、温度差△Ｔを積極的に変化させる入熱量条件を、処理４７（入熱量算出処理）で数水準準備する。処理４７では、所定の入熱量を実現するレーザパワーと送り速度の組み合わせの情報が格納されたＤＢ２（４８）から、溶接部材に対応したレーザパワーと送り速度の組み合わせを数個出力する。その後処理４６にて式（４）及び式（３）を用いて入熱量の条件ごとにたわみ量を算出する。ＤＢ２（４８）に格納するレーザパワー、送り速度については、別途実験等により取得した、健全に溶接可能な条件が格納されている。図１４に、ＤＢ２内のテーブルの一例を示す。溶接材料に応じて、複数のレーザ出力と送り速度の組合せが格納されている。

【0043】

図１３は、図１２で算出、予測された変形量から、変形修正を行う際の修正荷重や修正位置の提案値を算出する処理手順を示すフローチャートである。処理５１、５２の処理内容は、実施例１の図４の処理２４、２５と同じ処理を行う。処理５３では、図１２のフローチャートで算出した、入熱量の条件ごとに算出したたわみ量のうち、図１１のシステムＧＵＩから入力された許容変形量と同等か、もしくは下回る入熱量の条件を推奨レーザパワー、推奨送り速度として選定する。選定した推奨レーザパワー、推奨送り速度は、処理５４でシステムＧＵＩ上に表示される。

【0044】

本実施例によれば、許容変形量に収まるレーザ溶接条件をユーザに教示することで、適正なレーザ溶接を行うことができる。これにより、レーザ溶接後の棒状部品には許容される変形しか残留せず、健全な部品製造が可能となる。

【0045】

本発明におけるプログラムの発明は、図６に示すようにコンピュータ（計算機）に組み込まれ、コンピュータをレーザ溶接支援システムとして動作させるプログラムである。本発明のプログラムをコンピュータに組み込むことにより、図３，図４の処理を行うレーザ溶接支援システムが構成される。

【0046】

以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0047】

また、上記の各図において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしも実装上の全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１：システムＧＵＩ
２：演算装置
３：データベース（ＤＢ）
４：素材情報入力器
５：溶接部材情報入力器
６：レーザパワー入力器
７：送り速度入力器
８：積層回数入力器
９：ＣＡＤ図面入力器
１０：ＣＡＤ図面表示器
１１：変形量予測値表示器
１２：許容変形量入力器
１３：修正荷重表示器
１４：修正位置表示器
１５：断面情報抽出処理
１６：積層回数・ループ回数入力処理
１７：断面二次モーメント算出処理
１８：ヤング率・線膨張係数算出処理
１９：データベース
２０：たわみ（変形量）算出処理
２２：入熱量算出処理
２４：曲がりプロファイル取得処理
２５：許容変形量取得処理
２６：修正荷重算出処理
２７：修正位置推定処理
２８：提案値出力処理
２９：素材
３０：溶接部
３１：推奨レーザパワー表示器
３２：推奨送り速度表示器
１０１：プロセッサ
１０２：メモリ
１０３：外部記憶装置
１０４：処理プログラム
１０６：入力器
１０７：表示器
１０８：通信部
１１０：バス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】